一種高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材及其制備方法。金包銅復(fù)合絲材以高強(qiáng)度銅合金為芯線，純金為包覆層。高強(qiáng)度金包銅的復(fù)合絲材的制備工藝為：將純度≥99.999％的外層金屬金經(jīng)鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，并于500℃-600℃退火30min-60min。將銅于中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉，待銅完全熔化后，加入添加元素Ag：0.3％-3％，Ni：0.2％-1％，RE:0.1-0.3％，并升溫精煉。將熔化的銅合金澆入金管中，進(jìn)行快速凝固，制得復(fù)合棒材。后經(jīng)旋鍛加工、拉拔、在線連續(xù)退火制備超細(xì)高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材。本發(fā)明的復(fù)合絲材的力學(xué)性能得到明顯提高。主要應(yīng)用于晶體管集成電路大規(guī)模集成電路等各種半導(dǎo)體器件中作為內(nèi)引線用于各種電子元器件(如二極管，三極管，集成電路大規(guī)模集成電路IC卡等)的封裝處理，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】 一種高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于貴/賤金屬?gòu)?fù)合材料及其制備工藝領(lǐng)域，特別是提供了一種高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材及其制備工藝。在電子信息、航天航空領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
技術(shù)背景
[0002]隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，金屬絲材在各種精密儀器、微型電控儀表、無(wú)線電電子等方面得到了廣泛的應(yīng)用。金作為導(dǎo)電率最高的金屬，在微電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。但是，由于金資源的缺乏，直接用金絲材作為導(dǎo)電材料成本高，不利于其推廣應(yīng)用。金包銅復(fù)合絲材以其導(dǎo)電率高、強(qiáng)度高等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空用導(dǎo)線和波導(dǎo)等方面。
[0003]到目前為止，將兩種或兩種以上材料復(fù)合成一體，適合規(guī)模化生產(chǎn)的方法主要有機(jī)械法、塑形變形法、冶金法。機(jī)械法分為鑲套、液壓擴(kuò)管、拉拔等方法，其特點(diǎn)為各復(fù)合層界面為機(jī)械結(jié)合、界面結(jié)合強(qiáng)度低。塑性變形法雖可實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，但要獲得無(wú)氧化皮、無(wú)夾雜、完全清潔的復(fù)合界面很困難。冶金法有反向凝固法、包覆層連鑄法、充芯連鑄法、多層復(fù)合材料一次鑄造成形法。此類方法有利于凝固補(bǔ)縮和軋制加工，一般是外層金屬液附在芯材上凝固或芯材金屬液在外層金屬管內(nèi)凝固，但均存在一定的局限性，如均只能制備厚壁的包覆復(fù)合材料，充芯連鑄只適合于外層金屬熔點(diǎn)高于芯材熔點(diǎn)復(fù)合材料等。
[0004]現(xiàn)有的金包銅絲多采用銅線鍍金法制備，然而鍍層法存在鍍層厚度有限、厚度不均勻、鍍層與芯材之間結(jié)合強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，無(wú)法進(jìn)行后續(xù)加工。對(duì)于高性能的金包銅復(fù)合絲一般采用套管的方法制備，其界面主要通過(guò)后續(xù)的加工，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)合，要想得到無(wú)夾雜、完全清潔的復(fù)合界面很困難。采用冷靜液擠壓法制備金包銅，通過(guò)后續(xù)多道次拉拔制備金包銅復(fù)合絲材，其設(shè)備復(fù)雜，工藝控制困難，易產(chǎn)生沿長(zhǎng)度方向包覆層厚度不均勻。
[0005]由于以上制備金屬?gòu)?fù)合線材的方法存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出采用澆鑄的方法制備高強(qiáng)度金包銅復(fù)合棒材，通過(guò)旋鍛、拉拔制備金包銅復(fù)合絲材的新工藝。本方法具有操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、包覆層厚度可控、界面冶金結(jié)合層厚度可控、界面清潔、界面結(jié)合良好，絲材強(qiáng)度高，適合于制備超細(xì)金包銅復(fù)合絲材制備方法。根據(jù)需求，在拉拔過(guò)程中，施行適當(dāng)?shù)倪B續(xù)在線退火處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材及其制備工藝，具有操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、包覆層厚度可控、界面冶金結(jié)合層厚度可控、界面清潔、界面結(jié)合良好，絲材強(qiáng)度高，適合于制備超細(xì)金包銅復(fù)合絲材制備的方法。
[0007]本發(fā)明的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材外層金屬為純度大于99.999%的金，內(nèi)層為銅合金，銅合金的成分為 Ag:0.3%-3%, Ni:0.2%-1%, RE:0.1-0.3%。，余量為銅。
[0008]本發(fā)明的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材制備工藝過(guò)程為:將純度> 99.999%的外層金屬金經(jīng)鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，金管的長(zhǎng)度、外徑和壁厚按產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，將金管的一端用金片進(jìn)行焊接封底，并于500°C -600°C退火30min-60min，其硬度HV0.2 ( 40,然后對(duì)金管的內(nèi)壁進(jìn)行打磨，表面堿洗，超聲清洗，置于澆鑄裝置中，澆鑄裝置由電爐、水槽、測(cè)溫計(jì)、介質(zhì)(水)、擋板、和澆鑄漏斗組成。將銅于中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉，待銅完全熔化后，加入添加元素0.3% -3%，N1:0.2% -1%，RE:0.1-0.3%，并升溫精煉。將熔化的銅合金澆入金管中，進(jìn)行快速凝固，制得復(fù)合棒材。后經(jīng)旋鍛加工、拉拔、在線連續(xù)退火制備超細(xì)高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材。
[0009]為了解決包覆層厚度均勻性、界面清潔性和控制擴(kuò)散層厚度等難題，本發(fā)明采用澆鑄的方法制備復(fù)合棒材，其保護(hù)層厚度均勻，界面清潔，并通過(guò)控制冷卻介質(zhì)——水的溫度，來(lái)控制金在銅合金凝固過(guò)程中的傳熱速度，從而控制擴(kuò)散層的厚度，利于后續(xù)的加工。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)通過(guò)添加微量元素Ag、N1、RE，復(fù)合絲材的力學(xué)性能得到明顯提高。金覆層厚度均勻，沿長(zhǎng)度方向波動(dòng)小，金層與銅合金芯的同心度比較好，金層表面質(zhì)量良好。
[0012](2)結(jié)合了純金不氧化和銅的強(qiáng)度高、導(dǎo)電好的特點(diǎn)。
[0013](3)對(duì)金管壁厚度無(wú)要求，可以根據(jù)需要制備不同包覆層厚度的復(fù)合材料。
[0014](4)界面清潔。由于芯材由下而上凝固，界面雜質(zhì)可以順利上浮。
[0015](5)在粗加工階段，采用旋鍛加工，能保證包覆層與芯材均勻變形，包覆層厚度均勻一致。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明澆鑄裝置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018](I)選擇純度大于99.999%的金經(jīng)鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，圓管的外徑為20mm，壁厚1.5mm,長(zhǎng)度為80mm。
[0019](2)將金管的一端用金片進(jìn)行焊接封底。
[0020](3)將焊接封底的金管在550°C退火45min。
[0021](4)將金管的內(nèi)壁進(jìn)行打磨，表面堿洗，超聲清洗。
[0022](5)將清洗好的金管置于澆鑄裝置中。冷卻介質(zhì)一水的溫度為90°C。
[0023](6)將銅于中頻感應(yīng)爐內(nèi)溶煉，待銅完全溶化后，加入添加兀素，Ag:1 Ni: I %,RE:0.1%，并升溫精煉。
[0024](7)澆鑄，將熔化的銅合金澆入金管中，進(jìn)行快速凝固，制得金包銅復(fù)合棒材。(8)旋鍛加工，從Φ 20mm-Φ 6mm，每道次變形量控制在3% -5 %。
[0025](9)拉拔:將金包銅復(fù)合棒材拉成Φ0.3mm的絲材，每道次變形量控制在10% -15%。
[0026](10)多模拉拔，在線連續(xù)退火。管式爐溫度為300°C，均溫區(qū)長(zhǎng)度為1000mm，拉拔速度為2m/s。
[0027](11)機(jī)械性能檢測(cè)分析。
[0028](12)繞線:將絲線分繞成不同長(zhǎng)度的小軸。
[0029]實(shí)施例2
[0030](I)選擇純度大于99.999%的金經(jīng)鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，圓管的外徑為26mm，壁厚2mm,長(zhǎng)度為150mm。
[0031](2)將金管的一端用金片進(jìn)行焊接封底。
[0032](3)將焊接封底的金管在600°C退火30min。
[0033](4)將金管的內(nèi)壁進(jìn)行打磨，表面堿洗，超聲清洗。
[0034](5)將清洗好的金管置于澆鑄裝置中。冷卻介質(zhì)一水的溫度為70°C。
[0035](6)將銅于中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉，待銅完全熔化后，加入添加元素，Ag:3%, Ni:0.5%, RE:0.2%，并升溫精煉。
[0036](7)澆鑄，將熔化的銅合金澆入金管中，進(jìn)行快速凝固，制得金包銅復(fù)合棒材。(8)鍛壓加工，從Φ 26mm-Φ 5mm，每道次變形量控制在3% -5 %。
[0037](9)拉拔:將金包銅復(fù)合棒材拉成Φ0.3mm的絲材，每道次變形量控制在10% -15%。
[0038](10)多模拉拔，在線連續(xù)退火。管式爐溫度為350°C，均溫區(qū)長(zhǎng)度為1000mm，拉拔速度為2.5m/s。
[0039](11)機(jī)械性能檢測(cè)分析。
[0040](12)繞線:將絲線分繞成不同長(zhǎng)度的小軸。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材，其特征在于:外層金屬為純度大于99.999%的金，內(nèi)層為銅合金，銅合金的成分為Ag:0.3% -3%, N1:0.2% -1%, RE:0.1-0.3%。，余量為銅。
2.一種高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將高純外層金屬金經(jīng)鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，金管的長(zhǎng)度、外徑和壁厚按產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求； (2)將金管的一端用金片進(jìn)行焊接封底； (3)將焊接封底的金管在500°C_600°C退火30min-60min ； (4)將金管的內(nèi)壁進(jìn)行打磨，表面堿洗，超聲清洗； (5)將清洗好的金管置于澆鑄裝置中； (6)將銅于中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉,待銅完全熔化后,加入添加元素,并升溫精煉； (7)澆鑄，將熔化的銅合金澆入金管中，進(jìn)行快速凝固，制得復(fù)合棒材。 (8)鍛壓加工； (9)中間熱處理 (10)拉拔:將圓棒通過(guò)拉絲機(jī)拉成絲線； (11)退火； (12)機(jī)械性能檢測(cè)分析； (13)繞線:將絲線分繞成不同長(zhǎng)度的小軸。
3.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材的制備方法，其特征在于所述外層金屬金純度彡99.999%。
4.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲的材制備方法，其特征在于所述澆鑄裝置由電爐、水槽、測(cè)溫計(jì)、介質(zhì)(水)、擋板、和澆鑄漏斗組成。
5.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材的制備方法，其特征在于所述澆鑄裝置中介質(zhì)(水)溫度控制在70°C -90°C。
6.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲的材制備方法，其特征在于所述銅合金的添加元素為 Ag:0.3% -3%, Ni:0.2% -1%, RE:0.1-0.3%0
7.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材的制備方法，其特征在于通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)即水的溫度、金管直徑、金管壁厚、可以實(shí)現(xiàn)金層與芯材(銅合金)結(jié)合層(過(guò)渡層)厚度可控，提聞材料的后續(xù)加工性能。
8.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材制備方法，其特征在于所述鍛壓加工為旋鍛加工，每道次變形量控制在5% -10%。
9.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度金包銅復(fù)合絲材的制備方法，其特征在于所述金管退火后，其硬度HV0.2彡40。
【文檔編號(hào)】B21C37/04GK104308124SQ201410541578
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】陳永泰, 謝明, 楊有才, 張吉明, 王松, 陳松, 王塞北, 胡潔瓊, 魏寬, 李愛(ài)坤 申請(qǐng)人:昆明貴金屬研究所